Fachbereich Mathematik - GSI

1.2 Strahlentherapie
Abbildung 1.1: Überlagerung von Bestrahlungsfeldern bei der Photonentherapie. Um mit einem
Bestrahlungsfeld die vorgeschriebene Dosis (Anteil in Prozent) im Tumor (roter Bereich) zu deponieren,
müsste im Eingangsbereich eine höhere Dosis erzeugt werden (linke Seite). Schon bei der
Hinzunahme eines zweiten Feldes kann dieser nachteilige Effekt halbiert werden (rechte Seite).
aussetzung für eine erfolgreiche Strahlentherapie ist ein Bestrahlungsplan, der für
jeden Patienten individuell erstellt wird. Bei einer Bestrahlungsplanung werden in
der Regel auf Basis einer dreidimensionalen Computertomographie (CT) die notwendigen
Bestrahlungsparameter festgelegt. Die Gesamtdosis für den Tumor wird meistens
auf tägliche Einzeldosen verteilt (Fraktionierung). Dabei wird die schlechtere
Reparaturfähigkeit von Tumorzellen ausgenutzt. Eine gesamte Bestrahlungstherapie
kann bis zu 30 Fraktionen betragen.
Die konventionelle Form der Strahlentherapie ist die Photonentherapie. Photonen
besitzen die Eigenschaft, dass wenige Millimeter nach dem Eintreten in Gewebe die
Dosisdeposition ihr Maximum erreicht und anschließend exponentiell abfällt [KP88].
Um bei der Tumorbestrahlung das umliegende Normalgewebe zu schonen, werden
in tiefsitzenden Tumoren mehrere (6-12) Einstrahlrichtungen (sog. Bestrahlungsfelder)
überlagert. In Abbildung 1.1 wird dies Anhand von zwei Bestrahlungsfeldern
demonstriert. Die fortgeschrittenste Methode der Photonentherapie ist die Intensitätsmodulierte
Photonentherapie (IMRT) [Gro01]. Hier wird mit speziell geformten
Kompensatoren im Strahlweg gearbeitet, wodurch eine bessere Dosiskonformität im
Zielvolumen erreicht werden kann.
Bei der Teilchentherapie [DL10] (auch Partikeltherapie genannt) werden Protonen
und Schwerionen 1 verwendet. Bei der Schwerionentherapie [SESE10] zeigten
besonders 12 C-Ionen ideale Eigenschaften [Kra00]. Gegenwärtig wird Forschung betrieben,
ob sich auch andere Teilchensorten, wie z.B. Helium-, Lithium- oder Sauerstoffionen,
für die Teilchentherapie eignen. Teilchenstrahlen besitzen ein vorteilhaftes
Tiefendosisprofil gegenüber Photonenstrahlen [Wil46]. Der Teilchenstrahl entfaltet
erst am Ende seiner Reichweite ein scharfes Dosis-Maximum, während im Eingangskanal
eine geringe Dosis appliziert wird. Dieses Phänomen wird als das Inverse
Dosisprofil bezeichnet. Dadurch kann das Gewebe vor und nach dem Tumor überwiegend
geschont werden. Desweiteren besitzen Teilchenstrahlen beim Eindringen
in lebendes Gewebe eine höhere biologische Wirksamkeit gegenüber Photonen (ge-
1 In der Strahlentherapie werden alle Ionen mit einer größeren Ordnungszahl als Wasserstoff als
schwere Ionen bezeichnet.
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